高考物理电磁学经典题36道

高三物理 电磁感应计算题集锦1．（18分）如图所示，两根相同的劲度系数为k 的金属轻弹簧用两根等长的绝缘线悬挂在水平天花板上，弹簧上端通过导线与阻值为R 的电阻相连，弹簧下端连接一质量为m ，长度为L ，电阻为r 的金属棒，金属棒始终处于宽度为d 垂直纸面向里的磁感应强度为B 的匀强磁场中。

开始时弹簧处于原长，金属棒从静止释放，水平下降h 高时达到最大速度。

已知弹簧始终在弹性限度内，且弹性势能与弹簧形变量x 的关系为221kx E p，不计空气阻力及其它电阻。

求：（1）此时金属棒的速度多大?（2）这一过程中，R 所产生焦耳热Q R 多少?2．（17分）如图15（a ）所示，一端封闭的两条平行光滑导轨相距L ，距左端L 处的中间一段被弯成半径为H的1/4圆弧，导轨左右两段处于高度相差H 的水平面上。

圆弧导轨所在区域无磁场，右段区域存在磁场B 0，左段区域存在均匀分布但随时间线性变化的磁场B （t ），如图15（b ）所示，两磁场方向均竖直向上。

在圆弧顶端，放置一质量为m 的金属棒ab ，与导轨左段形成闭合回路，从金属棒下滑开始计时，经过时间t 0滑到圆弧顶端。

设金属棒在回路中的电阻为R ，导轨电阻不计，重力加速度为g 。

⑴问金属棒在圆弧内滑动时，回路中感应电流的大小和方向是否发生改变？为什么？ ⑵求0到时间t 0内，回路中感应电流产生的焦耳热量。

⑶探讨在金属棒滑到圆弧底端进入匀强磁场B 0的一瞬间，回路中感应电流的大小和方向。

3、（16分）t ＝0时，磁场在xOy 平面内的分布如图所示。

其磁感应强度的大小均为B 0，方向垂直于xOy 平面，相邻磁场区域的磁场方向相反。

每个同向磁场区域的宽度均为l 0。

整个磁场以速度v 沿x 轴正方向匀速运动。

⑴若在磁场所在区间，xOy 平面内放置一由n 匝线圈串联而成的矩形导线框abcd ，线框的bc 边平行于x 轴.bc ＝l B 、ab ＝L ，总电阻为R ，线框始终保持静止。

求： ①线框中产生的总电动势大小和导线中的电流大小； ②线框所受安培力的大小和方向。

⑵该运动的磁场可视为沿x 轴传播的波，设垂直于纸面向外的磁场方向为正，画出t ＝0时磁感应强度的波形图，并求波长λ和频率f 。

4、（16分）如图甲所示, 两根足够长的平行光滑金属导轨固定放置在水平面上，间距L ＝0.2m ，一端通过导线与阻值为R =1Ω的电阻连接；导轨上放一质量为m ＝0.5kg 的金属杆，金属杆与导轨的电阻均忽略不计.整个装置处于竖直向上的大小为B ＝0.5T 的匀强磁场中.现用与导轨平行的拉力F 作用在金属杆上，金属杆运动的v-t 图象如图乙所示. （取重力加速度g =10m/s 2）求： （1）t ＝10s 时拉力的大小及电路的发热功率. （2）在0～10s 内，通过电阻R 上的电量.5、 (20分）如图所示间距为 L 、光滑的足够长的金属导轨（金属导轨的电阻不计）所在斜面倾角为α两根同材料、长度均为 L 、横截面均为圆形的金属棒CD 、 PQ 放在斜面导轨上.已知CD 棒的质量为m 、电阻为 R , PQ 棒的圆截面的半径是CD 棒圆截面的 2 倍。

磁感应强度为 B 的匀强磁场垂直于导轨所在平面向上两根劲度系数均为 k 、相同的弹簧一端固定在导轨的下端另一端连着金属棒CD 开始时金属棒CD 静止，现用一恒力平行于导轨所在平面向上拉金属棒 PQ ．使金属棒 PQ 由静止开始运动当金属棒 PQ 达到稳定时弹簧的形变量与开始时相同，已知金属棒 PQ 开始运动到稳定的过程中通过CD 棒的电量为q,此过程可以认为CD 棒缓慢地移动，已知题设物理量符合αsin 54mg BL qRk =的关系式，求此过程中 (l ）CD 棒移动的距离； (2) PQ 棒移动的距离 (3) 恒力所做的功。

图乙（要求三问结果均用与重力mg 相关的表达式来表示）.6、（12分）如图所示，AB和CD是足够长的平行光滑导轨，其间距为l，导轨平面与水平面的夹角为θ。

整个装置处在磁感应强度为B、方向垂直于导轨平面且向上的匀强磁场中。

AC端连有阻值为R的电阻。

若将一质量为M、垂直于导轨的金属棒EF在距BD端s处由静止释放，则棒滑至底端前会有加速和匀速两个运动阶段。

现用大小为F、方向沿斜面向上的恒力把金属棒EF从BD位置由静止推至距BD端s处，此时撤去该力，金属棒EF最后又回到BD端。

求：（1）金属棒下滑过程中的最大速度。

（2）金属棒棒自BD端出发又回到BD端的整个过程中，有多少电能转化成了内能（金属棒及导轨的电阻不计）?7．（12分）如图所示，一矩形金属框架与水平面成θ=37°角，宽L =0.4m，上、下两端各有一个电阻R0 =2Ω，框架的其他部分电阻不计，框架足够长，垂直于金属框平面的方向有一向上的匀强磁场，磁感应强度B=1.0T．ab 为金属杆，与框架良好接触，其质量m=0.1Kg，杆电阻r=1.0Ω，杆与框架的动摩擦因数μ＝0.5．杆由静止开始下滑，在速度达到最大的过程中，上端电阻R0产生的热量Q0=0. 5J．（sin37°=0.6，cos37°=0.8）求：（1）流过R0的最大电流；（2）从开始到速度最大的过程中ab杆沿斜面下滑的距离；（3）在时间1s内通过杆ab横截面积的最大电量．8．（14分）如图（A）所示，固定于水平桌面上的金属架cdef，处在一竖直向下的匀强磁场中，磁感强度的大小为B0，金属棒ab搁在框架上，可无摩擦地滑动，此时adeb构成一个边长为l的正方形，金属棒的电阻为r，其余部分的电阻不计。

从t = 0的时刻起，磁场开始均匀增加，磁感强度变化率的大小为k（k = ΔBΔt）。

求：（1）用垂直于金属棒的水平拉力F 使金属棒保持静止，写出F 的大小随时间 t 变化的关系式。

（2）如果竖直向下的磁场是非均匀增大的（即k 不是常数），金属棒以速度v 0向什么方向匀速运动时，可使金属棒中始终不产生感应电流，写出该磁感强度B t 随时间t 变化的关系式。

（3）如果非均匀变化磁场在0—t 1时间内的方向竖直向下，在t 1—t 2时间内的方向竖直向上，若t = 0时刻和t 1时刻磁感强度的大小均为B 0，且adeb 的面积均为l 2。

当金属棒按图（B ）中的规律运动时，为使金属棒中始终不产生感应电流，请在图（C ）中示意地画出变化的磁场的磁感强度B t 随时间变化的图像（t 1-t 0 = t 2-t 1< lv ）。

9. 一有界匀强磁场区域如图甲所示，质量为m 、电阻为R 的长方形矩形线圈abcd 边长分别为L 和2L ，线圈一半在磁场内，一半在磁场外，磁感强度为B 0。

t =0时刻磁场开始均匀减小，线圈中产生感应电流，在磁场力作用下运动, v -t 图象如图乙，图中斜向虚线为过0点速度图线的切线，数据由图中给出，不考虑重力影响。

求：⑴ 磁场磁感强度的变化率。

⑵ t 3时刻回路电功率。

10．（14分）如图所示，竖直向上的匀强磁场在初始时刻的磁感应强度B 0=0.5T ，并且以Bt∆∆=1T/s 在增加，水平导轨的电阻和摩擦阻力均不计，导轨宽为0.5m ，左端所接电阻R = 0.4Ω。

在导轨上l =1.0m 处的右端搁一金属棒ab ，其电阻R 0=0.1Ω，并用水平细绳通过定滑轮吊着质量为M = 2kg 的重物，欲将重物吊起，问： （1）感应电流的方向（请将电流方向标在本题图上）以及感应电流的大小； （2）经过多长时间能吊起重物。

图（A ）图（B ）v -v图（C ）B-B L 2LBabc d 甲乙11．(14分) 如图所示，边长L =2.5m 、质量m =0.50kg 的正方形金属线框，放在磁感应强度B =0.80T 的匀强磁场中，它的一边与磁场的边界MN 重合。

在水平力作用下由静止开始向左运动，在5.0s 内从磁场中拉出。

测得金属线框中的电流随时间变化的图象如下图所示。

已知金属线框的总电阻R =4.0Ω。

⑴试判断金属线框被拉出的过程中，线框中的感应电流方向，并在图中标出。

⑵求t =2.0s 时金属线框的速度大小和水平外力的大小。

⑶已知在5.0s 内力F 做功1.92J ，那么金属线框从磁场拉出的过程中，线框中产生的焦耳热是多少？12、（16分）如图所示，倾角为370的光滑绝缘的斜面上放着M=1kg 的导轨abcd ，ab ∥cd 。

另有一质量m=1kg 的金属棒EF 平行bc 放在导轨上，EF 下侧有绝缘的垂直于斜面的立柱P 、S 、Q 挡住EF 使之不下滑，以OO′为界，斜面左边有一垂直于斜面向下的匀强磁场。

右边有平行于斜面向下的匀强磁场，两磁场的磁感应强度均为B=1T ，导轨bc 段长L=1m 。

金属棒EF 的电阻R=1.2Ω，其余电阻不计，金属棒与导轨间的动摩擦因数μ=0.4，开始时导轨bc 边用细线系在立柱S 上，导轨和斜面足够长，当剪断细线后，试求： （1）求导轨abcd 运动的最大加速度； （2）求导轨abcd 运动的最大速度；（3）若导轨从开始运动到最大速度的过程中，流过金属棒EF 的电量q=5C ，则在此过程中，系统损失的机械能是多少？（sin370=0.6）13.（20分）如图所示，在磁感应强度为B 的水平方向的匀强磁场中竖直放置两平行导轨，磁场方向与导轨所在平面垂直。

导轨上端跨接一阻值为R 的电阻（导轨电阻不计）。

两金属棒a 和b 的电阻均为R ，质量分别为kg m a 2102-⨯=和kg m b 2101-⨯=，它们与导轨相连，并可沿导轨无摩擦滑动。

闭合开关S ，先固定b ，用一恒力F 向上拉，稳定后a 以s m v /101=的速度匀速运动，此时再释放b ，b 恰好保持静止，设导轨足够长，取2/10s m g =。

/sB（1）求拉力F 的大小；（2）若将金属棒a 固定，让金属棒b 自由滑下（开关仍闭合），求b 滑行的最大速度2v ；（3）若断开开关，将金属棒a 和b 都固定，使磁感应强度从B 随时间均匀增加，经0.1s 后磁感应强度增到2B 时，a 棒受到的安培力正好等于a 棒的重力，求两金属棒间的距离h 。

14．（14分）如图甲所示是某人设计的一种振动发电装置，它的结构是一个套在辐向形永久磁铁槽中的半径为r ＝0.1 m 、匝数n ＝20的线圈，磁场的磁感线均沿半径方向均匀分布（其右视图如图乙所示）。

在线圈所在位置磁感应强度B 的大小均为0.2 T ，线圈的电阻为2 Ω，它的引出线接有8 Ω的小电珠L 。

外力推动线圈框架的P 端，使线圈沿轴线做往复运动，便有电流通过电珠。

当线圈向右的位移x 随时间t 变化的规律如图丙所示时（x 取向右为正），求： （1）线圈运动时产生的感应电动势E 的大小；（2）线圈运动时产生的感应电流I 的大小，并在图丁中画出感应电流随时间变化的图像（在图甲中取电流由C 向上流过电珠L 到D 为正）；（3）每一次推动线圈运动过程中作用力F 的大小； （4）该发电机的输出功率P （摩擦等损耗不计）；（5）某同学说：―该线圈在运动过程中，磁感线始终与线圈平面平行，线圈中的磁通量始终为零，磁通量保持不变，因此线圈中应该没有感应电流产生，但实际却产生了电流，如何解释这个问题呢？‖对这个问题说说你的看法。